DE2624339C2 - Schottky-Transistorlogik - Google Patents

Schottky-Transistorlogik

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DE2624339C2 DE19762624339 DE2624339A DE2624339C2 DE 2624339 C2 DE2624339 C2 DE 2624339C2 DE 19762624339 DE19762624339 DE 19762624339 DE 2624339 A DE2624339 A DE 2624339A DE 2624339 C2 DE2624339 C2 DE 2624339C2
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Abstract

Schaltungen dieser Art sind bekannt. Die minimale Schaltzeit dieser IIL-(integrated injection logic)gatteranordnung wird im wesentlichen durch die Minoritaetstraegerspeicherung in der Basis und in dem Emitter des Ausgangstransistors bestimmt. Es wurde versucht, die Minoritaetstraegerspeicherung durch die Einfuehrung von Schottky-Kontakten zu verringern. Mit der erfindungsgemaessen Schottky-Transistorlogik-Anordnung sind Gatterlaufzeiten, die etwa bei 1 ns liegen, erzielbar. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Schaltungen mit einem Minimum an Prozessschritten herstellbar sind. Dabei ist aufbauend auf ein N-Plus(P-Plus)-Substrat und einer N(P)-Epitaxie-Schicht ein 4-Maskenprozess moeglich. sehr kurzen Schaltzeiten herstellbar sind.

Description

U 3 4
& spielsweise ist der Transistor $ als npn-Transistor und gesehen sein, welche die Injektion von Löchern aus der S der Transistor 2 als pnm-Transistor ausgebildet Dabei tiefimplantierten p-Schicht 111 verhindert bzw. redu- !;■ wird unter einem pnm-Transistor ein Transistor ver- ziert oder die Lebensdauer der Löcher herabsetzt Dall standen, dessen Kollektor durch eine auf einem Halblei- bei wird die Zwischenschicht 171 durch Beschüß mit die si tergebiet aufgebrachte Metallschicht gebildet wird, wo- 5 Leitfähigkeit herabsetzenden Ionen, beispielsweise % bei diese Metallschicht mit dem Halbleitergebiet einen Stickstoff-Ionen, erzeugt werden. Solche Schichten sind jß Schottky-Übergang bildet An den Basis-Anschluß HO durch Ionenimplantation mit Energien von mehr als pv des Lasttransistors 1 und an den Emitter-Anschluß 241 100 keV herstellbar.
Pfi des AusgangstraDsUtors 2 wird vorzugsweise eine span- Bei einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anil nung +Ub angelegt Vorzugsweise wird an den Emitter- io Ordnung nach F ig. 3 ist das n+-dotierte Substrat 132 S Anschluß 13 eine Spannung — Ub angelegt durch ein p-dotiertes Substrat 132 ersetzt Eine zusätzli- £; Einzelheiten der Fig. 2, die bereits im Zusammen- ehe n+-Schicht (buried layer)5 übernimmt die Funktion ig hang mit der F i g. 1 beschrieben wurden, sind entspre- des n+-Substrates 132 der Anordnung nach F i g. 2. Die f;| chend bezeichnet Zum Aufbau eines npn-Lasttransi- zusätzliche n+-Schicht 5 wird über die epitaktische i'| store 1 und eines pnm-Ausgangstransistors 2 ist ein 15 Schicht 141 und über ein n+-diffundiertes Gebiet 52, das fc n+-dotiertes Substrat 132, vorzugsweise ein Silizium- mit einer Anschlußelektrode 51 versehen ist, angell substrat, das das Emitter-Anschlußgebiet des npn-Last- schlossen.
I? transistors 1 darstellt, vorgesehen. Das Substrat 132 ist Einzelheiten der F i g. 3, die bereits im Zusammen-
ft\ mit dem Emitter-Anschlußkontakt 13 versehen. Auf hang mit Fif.2 beschrieben wurden, tragen die ent-
JU dem n+-dotierten Süiziumsubstrat 132 ist die n-dotierte 20 sprechenden Bezugszeichen. Bei einer ν eiteren Ausge-
§f Siiiziumschicht 141 epitaktisch aufgebracht Beispiels- staltung der Erfindung mit einem p-dct;crten Substrat
l| weise beträgt die Dicke dieser etwa 03 bis 1 Zl ■ cm- 132 nach Fig.4 erfolgt die Injektion über das Substrat
If Schicht 141 ca. 1 bis 5 um. Der Bereich 14 der Schicht durch eine Injektion über ein n+-dotiertes Gebiet 6, das
ίΐ 141 stellt den Emitterbereich des npn-Lasttransistors 1 in aus der F i g. 4 ersichtlichen Weise dem p-diffundier-
. I dar. In der n-epitaktischen Schicht 141 ist in der aus der 25 ten Bereich 242 zugeordnet ist Einzelheiten der F i g. 4,
% F i g. 2 ersichtlichen Weise eine tiefimplantierte p- die bereits im Zusammenhang mit der F i g. 2 beschrie-
p Schicht 111 vorgesehen. Sie befindet sich etwa 0,7 bis ben wurden, sind entsprechend bezeichnet
H 1 um unterhalb der Oberfläche der Siliziumschicht 141 Zur Herstellung einer Gatteranordnung mit pnp-
fi und stellt in den Bereichen 11 und 24 den Basisbereich Lasttransistoren und npm-Ausgangstraoastoren wer-
?ö des npn-Lasttransistors 1 und den Emitterbereich des 30 den die in den Fig.2 bis 4 beschriebenen Bereiche je-
3; Ausgangstransistors 2 dar. Vorzugsweise erfolgt die weils in der entgegengesetzten Weise dotiert An die
Ji Tiefimplantation der Schicht 111 ganzflächig. Die Dotie- Elektroden werden die in F i g. 1 angegebenen Span-
ίΐ rung der Schicht 111 ist beispielsweise um etwa den nungen entgegengesetzter Polarität angelegt Als Mate-
Sl Faktor 30 größer als die Dotierung der Siliziumschicht rial für die Elektrode 23 und die Elektroden 26,27 und
H 141. Die Herstellung der tiefimplantierten Schicht 111 35 28 eignen sich ebenfalls Ti bzw. PtSi.
I= erfolgt beispielsweise bei Beschieunigungsspannur.gcn
·ΐ| von 300 bis 600 kV. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
|| Der oberhalb der Bereiche 11 und 24 der Schicht 111
t\ befindliche η-dotierte Teil 17 der epitaktischen Schicht
|§ 141 stellt gleichzeitig den n-Basisbereich des Ausgangs- 40
y? transistors 2 und den n-Kollektorbereich des npn-Last-JrJ transistors 1 dar. Auf dem Bereich 17 sind eine Elektro-S de 23, die den Kollektor-Anschluß des pnm-Ausgangsp transistors 2 darstellt, und Elektroden 26,27 und 28, die
'$ die Eingangselektroden darstellen, angeordnet Dabei 45
HJ bildet die Elektrode 23 mit der Schicht 17 einen Schottel ky-Obergang. Die Elektroden 26,27 und 28 bilden eben-
^! falls Schottky-Übergänge mit der Schicht 17. Die Mate-
t'i rialien der Elektroden 23,26,27 und 28 sind so ausgell wählt, daß die Schottky-Barrieren der Elektroden 26,27 50
\.; und 28 kleiner sind als die Schottky-Barriere des Ausi:'-; gangskollektors 23. Beispielsweise handelt es sich bei
U der Elektrode 23 um eine Elektrode aus PtSi und bei den
ifjj Elektroden 26, 27 und 28 um Elektroden aus TL Die
5| Pegeldifferenz zwischen einer logischen »0« und einer 55
;.;; logischen »1« entspricht in etwa der Differenz der
f* Schottky-Barrierenhöhe.
p Die beiden Diffusionsgebiete 242 dienen als Trenndif-
ri fusionen und teilen die beschriebene Anordnung mit
Ux dem Lasttransistor 1 und dem Ausgangstransistor 2 von 60
jsf anderen Anordnungen ab. Eines dieser Diffusionsgebie-
Il te 242 ist mit einer Elektrode UO versehen, die die An-
I" schlußelektrode für den Emitterbereich 24 des Aus-
n gangstransistors 2 und für den Basisbereich 11 des Last-
ö transistors 1 darstellt. Um zu verhindern, daß die Elek- 65
! troden 26,27 und 28 und i<£ Eingangsdioden 261,271,
i 281 als Schottky-Kollektor wirken, ist unterhalb der
. ■ Elektroden 26.27 und 28 eine Zwischenschicht 171 vor-

Claims (5)

Patentansprüche: aus PtSi oder Al und die weiteren Elektroden (26,27, 28) aus Ti oder Pd2Si bestehen.
1. Schottky-Transistorlogik, bestehend aus einem npn (pnp)-Lasttransistor (1) und einem pnm (npm)-Ausgangstransistor (2), mit einem in einem Halbleiterkörper liegenden ersten η (p)-dotierten schichtförmigen Gebiet, das den Emitter des Lasttransistors darstellt, mit einem ρ (n)-dotierten schichtförmigen Gebiet, das die Basis des Lasttransistors und den Emitter des Ausgangstransistors bildet, mit einem zweiten η (p)-dotierten schichtförmigen Gebiet, das den Kollektor des Lasttransistors und die Basis des Ausgangstransistors bildet, mit einer Elektrode (23), die mit dem zweiten η (p)-dotierten schichtförmigen Gebiet einen Schottky-Obergang bildet und einen Schottky-Kollektor des pnm (npm)-Ausgangstransistors (2) darstellt, und mit weiteren Elektroden (26,27,28), die mit dem zweiten π (p)-dotierteri schichtförmigen Gebiet weitere Schottky-Obergänge bilden und Eingangsdioden (261,271.281) darstellen, bei der die Materialien für die Elektrode und die weiteren Elektroden so ausgewählt sind, daß die Schottky-Barrieren der weiteren Elektroden (26,27,28) kleiner sind als die Schottky-Barriere der Elektrode (23), bei der das ρ (n)-dotierte schichtförmige Gebiet mit einem ρ (n)-dotierten Diffusionsgebiet (242) verbunden ist, das mit einer Anschlußelektrode (110) versehen ist und bei der die Leitfähigkeit in einzelnen Teilen des zweiten η (p)-dotierten schichtförmigen Gebiets unterschiedlich groß ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper eine auf einem Substrat (132) abgeschiedene, η (p)-doderte epitaktische Schicht (14t) aufweist, daß das ρ (n)-dotierte schichtförmige Gebiet als ein in die epitaktische Schicht (141) tiefimplantiertes Gebiet (11,24) ausgebildet ist, daß der unter dem tiefimplantierten Gebiet (11,24) liegende Bereich (14) der epitaktischen Schicht (141) das erste η (p)-dotierte schichtförmige Gebiet bildet, daß der oberhalb des tiefimpiantierten Gebiets (11, 24) liegende Bereich (17) der epitaktischen Schicht (141) das zweite η (p)-dotierte schichtförmige Gebiet bildet und daß unterhalb der weiteren Elektroden (26,27,28) in dem oberhalb des tiefimplantierten Gebiets (11,24) liegenden Bereich (17) der epitaktischen Schicht (141) eine Zwischenschicht (171) vorgesehen ist, in der durch Ionenbeschuß die Minoritätsträger-Lebensdauer herabgesetzt ist
2. Transistorlogik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (132) ein n+-(p+)-dotiertes Substrat ist, das als Emitter-Anschlußbereich für den npn (pnp)-Lasttransistor (1) dient, und daß an dem Substrat (132) ein Emitter-Anschlußkontakt (13) vorgesehen ist.
3. Transistorlogik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (132) ein ρ (^-dotiertes Substrat ist, das an der Grenzfläche zwischen dem Substrat (132) und der epitaktischen Schicht (141) eine n+ (p+)-dotierte »buried layer«-Schicht (5) vorgesehen ist, und daß an der Oberfläche der epitaktischen Schicht (141) eine Elektrode (51) vorgesehen ist, die eine leitende Verbindung zu dem unter dem tiefimplantierten Gebiet (11, 24) liegenden Bereich (14) der epitaktischen Schicht (141) bildet.
4. Transistorlogik nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (23) Die Erfindimg bezieht sich auf eine Schottky-Transistorlogik nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Eine solche Transistorlogik ist aus der DE-OS
ίο 22 62 297 bekannt Dabei wird eine unerwünschte Injektion von Strömen in den Halbleiterbereich unterhalb der Eingangselektroden durch eine vergrabene hochdotierte Zone vermieden, die vom gleichen Leitfähigkeitstyp ist wie das zweite η (p)-dotierte schichtförmige Geis biet Diese Zone muß dabei so angeordnet werden, daß sie zwischen dem zweiten η (p)-dotierten schichtförmigen Gebiet und dem ρ (n)-dotierten schichtförmigen Gebiet liegt wobei das letztere durch die Einfügung der Zone in seiner Dicke nicht zu stark verringert werden darf. Hierdurch ergeben sich Herstellungsprobleme.
Das Verfahren der Tiefimplantation ist an sich zum Beispiel aus der FR-OS 22 66 310 bekannt Die zur Herstellung von Schottky-Dioden geeigneten Elektrodenmaterialien PtSi und Al sind aus dem IEEE Spectrum, März 1970, Seiten 83 bis 89 bekannt In der Zeitschrift Electronics vom 10. Ju&1975 ist auf Seite 8» Titan als ein solches Material erwähnt Zur Herstellung von Schottky-I2L-Schaltungsanordnungen ist es weiterhin bekannt eine Epitaxialschicht durch die Implantation eines schichtförmigen Gebietes in zwei Teilschichten zu unterteilen, vergleiche IEEE Journal of Solid-State Circuits, Band SC-10, Nr.
5, Oktober 1975, Seiten 343 bis 348.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schottky-Transistorlogik der eingangs genannten Art anzugeben, die bei einem relativ einfachen und leicht herstellbaren Strukturaufbau Gatterlaufzeiten erreichen läßt die etwa bei 1 ns liegen. Gleichzeitig soll vermieden werden, daß die weiteren Elektroden als unerwünschte Schottky-Kollektoren wirken. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausbildung der Schottky-Transistorlogik nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst
Die zur Realisierung der erfindungsgemäßen Schottky-Transistorlogik dienenden Halbleiterstrukturen zeichnen sich insbesondere dadurch aus, daß sie mit einem Minimum an Prozeßschritten herstellbar sind. Die Basisweiten der verwendeten Transistoren können dabei bis auf Weiten, die unter 1 μπι liegen, reduziert werden.
Weitere Erläuterungen zur Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Figuren hervor.
F i g. 1 zeigt das Schaltbild einer Schottky-Transistorlogik-Anordnung.
F i g. 2 zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Schaltung nach Fig. 1.
Fig.3 und 4 zeigen in schematischer Darstellung Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnungen.
Fig. 1 zeigt das Schaltbild einer bekannten Schottky-Transistorlogik. Dabei besteht diese Logik aus dem Lasttransistor 1 und dem Ausgangstransistor Z Der Kollektor des Lasttransistors 1, der über seine Basis 11 gesteuert wird, ist mit der Basis des Ausgangstransistors 2, dessen Kollektor 23 den Ausgang darstellt verbunden. Über Dioden 261,271 und 281 sind die Eingänge 26, 27 und 28 mit dem Kollektor des Transistors 1 bzw. mit dem Basisbereich 17 des Transistors 2 verbunden. Bei-
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